(57)【要約】  複雑な演算を必要とすることなく、簡単に姿勢を特定できる姿勢特定装置を提供する。三軸加速度センサ１から出力される正規化された第１乃至第３の軸方向の加速度成分Ｇｘ乃至Ｇｚは、第１乃至第３の判定部５乃至９に入力される。第１の判定部５は、第１の軸方向の成分Ｇｘが、Ｇｘ＜−０．５、−０．５≦Ｇｘ＜０、０≦Ｇｘ＜０．５及び０．５≦Ｇｘのいずれの範囲にあるかを判定し、第２の判定部７は、第２の軸方向の成分Ｇｙが、Ｇｙ＜−０．５、−０．５≦Ｇｙ＜０、０≦Ｇｙ＜０．５及び０．５≦Ｇｙのいずれの範囲にあるかを判定し、第３の判定部９は、第３の軸方向の成分Ｇｚが、Ｇｚ＜−０．５、−０．５≦Ｇｚ＜０、０≦Ｇｚ＜０．５及び０．５≦Ｇｚのいずれの範囲にあるかを判定する。第１乃至第３の判定部５乃至９の出力は姿勢特定部１１に入力され、姿勢特定部１１は三軸加速度センサ１が固定された支持体の姿勢を判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に支持されて、前記支持体に作用する加速度を第１の軸Ｘ、前記第１の軸Ｘに直交する第２の軸Ｙ、前記第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙと直交する第３の軸Ｚのそれぞれの軸方向の成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚに分解して検知し、各成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚが−１≦Ｇｘ≦１、−１≦Ｇｙ≦１及び−１≦Ｇｚ≦１の範囲の値になるように出力する三軸加速度センサと、
前記第１の軸方向の成分Ｇｘが、Ｇｘ＜−０．５、−０．５≦Ｇｘ＜０、０≦Ｇｘ＜０．５及び０．５≦Ｇｘのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する第１の判定部と、
前記第２の軸方向の成分Ｇｙが、Ｇｙ＜−０．５、−０．５≦Ｇｙ＜０、０≦Ｇｙ＜０．５及び０．５≦Ｇｙのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する第２の判定部と、
前記第３の軸方向の成分Ｇｚが、Ｇｚ＜−０．５、−０．５≦Ｇｚ＜０、０≦Ｇｚ＜０．５及び０．５≦Ｇｚのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する第３の判定部と、
前記第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の前記判定結果の組合せに基づいて、重力加速度が前記支持体に作用する重力加速度方向を決定し、前記重力加速度方向から前記支持体の姿勢を特定する姿勢特定部とを備え、
前記姿勢特定部は、予め前記第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せと前記支持体に作用する前記重力加速度方向との対応関係を示すデータを記憶した加速度方向データ記憶部と、前記第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の判定結果の組合せを入力として、該判定結果の組合せに対応する前記支持体に作用する重力加速度方向を前記加速度方向データ記憶部に記憶された前記データから検索して出力する検索部とを備えていることを特徴とする姿勢特定装置。
【請求項２】
支持体に支持されて、前記支持体に作用する加速度を第１の軸Ｘ、前記第１の軸Ｘに直交する第２の軸Ｙ、前記第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙと直交する第３の軸Ｚのそれぞれの軸方向の成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚに分解して検知し、各成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚが−１≦Ｇｘ≦１、−１≦Ｇｙ≦１及び−１≦Ｇｚ≦１の範囲の値になるように出力する三軸加速度センサと、
αを正の数として、前記第１の軸方向の成分Ｇｘが、Ｇｘ＜−α、−α≦Ｇｘ＜０、０≦Ｇｘ＜α及びα≦Ｇｘのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する第１の判定部と、
βを正の数として、前記第２の軸方向の成分Ｇｙが、Ｇｙ＜−β、−β≦Ｇｙ＜０、０≦Ｇｙ＜β及びβ≦Ｇｙのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する第２の判定部と、
γを正の数として、前記第３の軸方向の成分Ｇｚが、Ｇｚ＜−γ、−γ≦Ｇｚ＜０、０≦Ｇｚ＜γ及びγ≦Ｇｚのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する第３の判定部と、
前記第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の前記判定結果の組合せに基づいて、重力加速度が前記支持体に作用する重力加速度方向を決定し、前記重力加速度方向から前記支持体の姿勢を特定する姿勢特定部とを備え、
前記姿勢特定部は、予め前記データを記憶した加速度方向データ記憶部と、前記第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の判定結果の組合せを入力として、該判定結果の組合せに対応する前記支持体に作用する重力加速度方向を前記加速度方向データ記憶部に記憶された前記データから検索して出力する検索部とを備えていることを特徴とする姿勢特定装置。
【請求項３】
前記姿勢特定部は、前記三軸加速度センサの軸中心を中心とする球体を仮定したときに、前記球体を前記第１及び第２の軸に平行な第１の仮想面で４等分し、前記球体を前記第２の軸及び第３の軸に平行な第２の仮想面で４等分し、前記球体を前記第１の軸及び第３の軸に平行な第３の仮想面で４等分して、前記球体の表面に区分けされる５６の仮想領域に識別符号を付し、前記第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せにより決まる前記重力加速度方向に位置する前記仮想領域の前記識別符号を前記第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せと対応付けて、前記加速度方向データ記憶部に記憶しており、
前記検索部は、前記重力加速度方向を前記識別符号を用いて出力する請求項１に記載の姿勢特定装置。
【請求項４】
前記α、β及びγが、同じ数である請求項２に記載の姿勢特定装置。
【請求項５】
前記α、β及びγが、０．５である請求項４に記載の姿勢特定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三軸加速度センサを用いた姿勢特定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−２７６２８２号公報には、三軸加速度センサで検出した直交三次元座標での加速度成分を用いて装置の角度を算出し、算出した角度により装置自身の姿勢を特定する姿勢特定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７６２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の三軸加速度センサを用いた姿勢特定装置は、姿勢を特定するために複雑な演算を必要とする。そのため例えば、携帯通信端末装置等に姿勢特定装置を使用する場合には、姿勢の特定に要する演算量が多くなって、携帯通信端末装置のＣＰＵの負担が著しく増加する問題が発生する。【０００５】
本発明の目的は、複雑な演算を必要とすることなく、簡単に姿勢を特定できる姿勢特定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の姿勢特定装置は、支持体に支持された三軸加速度センサと、第１乃至第３の判定部と、姿勢特定部とを備えている。三軸加速度センサは、支持体に支持されて、支持体に作用する加速度を第１の軸Ｘ、第１の軸Ｘに直交する第２の軸Ｙ、第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙと直交する第３の軸Ｚのそれぞれの軸方向の成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚに分解して検知し、各成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚが−１≦Ｇｘ≦１、−１≦Ｇｙ≦１及び−１≦Ｇｚ≦１の範囲の値になるように出力する。第１の判定部は、αを正の数として、第１の軸方向の成分Ｇｘが、Ｇｘ＜−α、−α≦Ｇｘ＜０、０≦Ｇｘ＜α及びα≦Ｇｘのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。第２の判定部は、βを正の数として、第２の軸方向の成分Ｇｙが、Ｇｙ＜−β、−β≦Ｇｙ＜０、０≦Ｇｙ＜β及びβ≦Ｇｙのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。第３の判定部は、γを正の数として、第３の軸方向の成分Ｇｚが、Ｇｚ＜−γ、−γ≦Ｇｚ＜０、０≦Ｇｚ＜γ及びγ≦Ｇｚのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。より具体的には、α、β及びγが同じ数であるのが好ましい。さらに実用的には、α、β及びγが、０．５であるのが好ましい。姿勢特定部は、第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の判定結果の組合せに基づいて、重力加速度が支持体に作用する重力加速度方向を決定し、重力加速度方向から支持体の姿勢を特定する。本発明では、姿勢特定部が、予め第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せと支持体に作用する重力加速度方向との対応関係を示すデータを記憶した加速度方向データ記憶部と、第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の判定結果の組合せを入力として、該判定結果の組合せに対応する支持体に作用する重力加速度方向を加速度方向データ記憶部に記憶されたデータから検索して出力する検索部とを備えている。【０００７】
本発明によれば、１つの判定部において２ビットのデジタル値で判定結果を出力する。そのため第１乃至第３の判定部からは、２ビット×３＝６ビットの情報が出力される。そして事前に、第１乃至第３の判定部から出力される判定結果の組合せと、支持体に作用する重力加速度方向との対応関係を示すデータを取得して、加速度方向データ記憶部に記憶しておく。そして検索部は、第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の判定結果の組合せを入力として、該判定結果の組合せに対応する支持体に作用する重力加速度方向を加速度方向データ記憶部に記憶されたデータから検索して出力する。このようにすれば、少ない情報量の入力（６ビット）と少ない記憶データとに基づいて、複雑な演算を必要とすることなく、三軸加速度センサが装着された装置の姿勢を特定することができる。【０００８】
加速度方向データ記憶部に記憶するデータは、第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せと支持体に作用する重力加速度方向との対応関係を示すデータであれば、どのような形式及び内容であってもよい。例えば、三軸加速度センサの軸中心を中心とする球体を仮定したときに、球体を第１及び第２の軸に平行な第１の仮想面で４等分し、球体を第２の軸及び第３の軸に平行な第２の仮想面で４等分し、球体を第１の軸及び第３の軸に平行な第３の仮想面で４等分して、球体の表面に区分けされる５６の仮想領域に識別符号を付す。そして第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せにより決まる重力加速度方向に位置する仮想領域の識別符号を前記第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せと対応付けて、加速度方向データ記憶部に記憶してもよい。この場合、検索部は、重力加速度方向を識別符号を用いて出力するようにする。このようにすれば、姿勢特定装置を実装した装置の姿勢を５６の方向情報で示すことができる。このレベルの情報であれば、多くの携帯通信端末装置におけるＣＰＵの負担を殆ど増大させることがない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の姿勢特定装置の実施の形態の一例の構成を示すブロック図である。
【図２】第１乃至第３の軸を示す図である。
【図３】三軸加速度センサを水平に置いた場合と、傾斜させた場合において、Ｘ−Ｚ軸平面からの視点とＸ−Ｙ軸平面からの視点で、三軸加速度センサと球体の関係を示す図である。
【図４】識別符号の付与の例を示す図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は加速度方向データ記憶部に記憶する第３の判定部が出力する第３の軸（Ｚ軸）の出力が、０．５≦Ｇｚの範囲にある場合及び０≦Ｇｚ＜０．５の範囲にある場合において、加速度方向データ記憶部内の姿勢情報レジスタに記憶するデジタル・データの例を示す図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は加速度方向データ記憶部に記憶する第３の判定部が出力する第３の軸（Ｚ軸）の出力が、−０．５≦Ｇｚ＜０及びＧｚ＜−０．５の範囲にある場合において、加速度方向データ記憶部内の姿勢情報レジスタに記憶するデジタル・データの例を示す図である。
【図７】図４の識別符号の付与の例を立体的に表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の姿勢特定装置の実施の形態の一例について詳細に説明する。図１は、本発明の姿勢特定装置の実施の形態の一例の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の姿勢特定装置は、三軸加速度センサ１と、三軸加速度センサ１を支持する支持体３とを備えている。ここで支持体３は、三軸加速度センサが収納固定されるケーシングであっても、また三軸加速度センサが固定される基板であってもよく、これらケーシングまたは基板は、例えば携帯通信端末装置のような姿勢特定装置を必要とする機器に対して固定される。したがって三軸加速度センサ１は、この機器に作用する加速度を検出することになる。図２に示すように、三軸加速度センサ１は、支持体３に作用する加速度を第１の軸Ｘ、第１の軸Ｘに直交する第２の軸Ｙ、第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙと直交する第３の軸Ｚのそれぞれの軸方向の成分（加速度成分）Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚに分解して検知する。本実施の形態では、機器が静止しているときにも重力加速度Ｇを検出するための加速度成分を出力することができる半導体加速度センサを用いている。本実施の形態の三軸加速度センサ１は、各成分Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚが−１≦Ｇｘ≦１、−１≦Ｇｙ≦１及び−１≦Ｇｚ≦１の範囲の値になるように正規化された検出値を出力する。
【００１１】
三軸加速度センサ１から出力される正規化された第１乃至第３の軸方向の加速度成分Ｇｘ乃至Ｇｚは、第１乃至第３の判定部５乃至９に入力される。第１の判定部５は、αを正の数として、第１の軸方向の成分Ｇｘが、Ｇｘ＜−α、−α≦Ｇｘ＜０、０≦Ｇｘ＜α及びα≦Ｇｘのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。本実施の形態では、具体的に、αとして０．５を採用している。したがって、第１の判定部５は、具体的に、第１の軸方向の成分Ｇｘが、Ｇｘ＜−０．５、−０．５≦Ｇｘ＜０、０≦Ｇｘ＜０．５及び０．５≦Ｇｘのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。また第２の判定部７は、βを正の数として、第２の軸方向の成分Ｇｙが、Ｇｙ＜−β、−β≦Ｇｙ＜０、０≦Ｇｙ＜β及びβ≦Ｇｙのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。具体的に、βとして０．５を採用している。したがって、第２の判定部７は、具体的に、第２の軸方向の成分Ｇｙが、Ｇｙ＜−０．５、−０．５≦Ｇｙ＜０、０≦Ｇｙ＜０．５及び０．５≦Ｇｙのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。第３の判定部９は、γを正の数として、第３の軸方向の成分Ｇｚが、Ｇｚ＜−γ、−γ≦Ｇｚ＜０、０≦Ｇｚ＜γ及びγ≦Ｇｚのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。具体的に、γとして０．５を採用している。したがって、第３の判定部９は、具体的に、第３の軸方向の成分Ｇｚが、Ｇｚ＜−０．５、−０．５≦Ｇｚ＜０、０≦Ｇｚ＜０．５及び０．５≦Ｇｚのいずれの範囲にあるかを判定して判定結果をデジタル値で出力する。
【００１２】
第１乃至第３の判定部５乃至９の出力（判定結果）は、姿勢特定部１１に入力され、姿勢特定部１１は三軸加速度センサ１が固定された支持体（または機器）の姿勢を判定する。本実施の形態では、姿勢特定部１１は、第１乃至第３の判定部５乃至９が判定したデジタル値の判定結果の組合せに基づいて、重力加速度Ｇが支持体３に作用する重力加速度方向を決定し、重力加速度方向から支持体３の姿勢を特定する。姿勢特定部１１は、加速度方向データ記憶部１３と、検索部１５とを備えている。加速度方向データ記憶部１３は、予め第１乃至第３の判定部５乃至９が判定する結果の組合せと支持体３に作用する重力加速度方向との対応関係を示すデータを記憶する。検索部１５は、第１乃至第３の判定部５乃至９が判定したデジタル値の判定結果の組合せを入力として、この判定結果の組合せに対応する支持体３に作用する重力加速度方向を加速度方向データ記憶部１３に記憶されたデータから検索して出力する。
【００１３】
加速度方向データ記憶部１３に記憶するデータは、第１乃至第３の判定部５乃至９が判定する結果の組合せと支持体３に作用する重力加速度方向との対応関係を示すデータであれば、どのような形式及び内容であってもよい。本実施の形態では、図３及び図４に示すように、三軸加速度センサ１の軸中心を中心とする球体Ｓを仮定したときに、球体Ｓを第１の軸Ｘ及び第２の軸Ｙに平行な第１の仮想面で４等分し、球体Ｓを第２の軸Ｙ及び第３の軸Ｚに平行な第２の仮想面で４等分し、球体Ｓを第１の軸Ｘ及び第３の軸Ｚに平行な第３の仮想面で４等分して、球体Ｓの表面を５６の仮想領域に区分けして識別符号（１〜５６）を付ける。図３は、三軸加速度センサ１を水平に置いた場合と、傾斜させた場合において、Ｘ−Ｚ軸平面からの視点とＸ−Ｙ軸平面からの視点で、三軸加速度センサ１と球体Ｓの関係を示す図である。
【００１４】
図４は、識別符号の付与の例を示す図である。図４においては、重力加速度Ｇが、Ｇ＜−０．５、−０．５≦Ｇ＜０、０≦Ｇ＜０．５及び０．５≦Ｇの範囲にある場合に分けて、球体Ｓの表面に区分けされた５６の仮想領域に付された識別符号の例を示している。そして姿勢特定部１１は、第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せにより決まる重力加速度方向に位置する仮想領域の識別符号を、第１乃至第３の判定部が判定する結果の組合せと対応付けて、加速度方向データ記憶部１３に記憶している。
【００１５】
図５（Ａ）及び（Ｂ）並びに図６（Ａ）及び（Ｂ）には、加速度方向データ記憶部１３内の姿勢情報レジスタに記憶するデジタル・データの例を示している。図５（Ａ）は第３の判定部９が出力する第３の軸（Ｚ軸）の成分Ｇｚのデジタル値出力が０．５≦Ｇｚであり、図５（Ｂ）は成分Ｇｚのデジタル値出力が０≦Ｇｚ＜０．５であり、図６（Ａ）は成分Ｇｚのデジタル値出力が−０．５≦Ｇｚ＜０であり、図６（Ｂ）は成分Ｇｚのデジタル値出力がＧｚ＜−０．５の範囲にある場合におけるデジタル・データの例を示している。図５（Ａ）及び（Ｂ）並びに図６（Ａ）及び（Ｂ）におけるアドレス番号とは、姿勢情報レジスタのアドレス番号である。姿勢情報レジスタは、チャンネル番号Ｄ０乃至Ｄ７がそれぞれ付された８つのチャンネルを有している。ＸＳＵからＺＳＬは、第１の軸（Ｘ軸）の出力〜第３の軸（Ｚ軸）を２ビットで表現したデータを示している。例えば第３の軸（Ｚ軸）の出力が、０．５≦Ｇｚの場合は、ＺＳＵ＝０，ＺＳＬ＝１で表現され、第３の軸（Ｚ軸）の出力が、０≦Ｇｚ＜０．５の場合は、ＺＳＵ＝０，ＺＳＬ＝０で表現され、第３の軸（Ｚ軸）の出力が、−０．５≦Ｇｚ＜０の場合は、ＺＳＵ＝１，ＺＳＬ＝１で表現され、第３の軸（Ｚ軸）の出力が、Ｇｚ＜−０．５の場合は、ＺＳＵ＝１，ＺＳＬ＝０で表現される。第１及び第２の軸（Ｘ、Ｙ）軸の場合も同様にして２ビットで表現される。本実施の形態では、Ｄ７からＤ２にそれぞれＸＳＵからＺＳＬを割り当てている。従って、各アドレスの姿勢情報レジスタ値は、８ビットの２進数で表現される。なお、Ｄ１及びＤ２は使用していないため、値は０でも１でもよく、ブランクでもよい。そして本実施の形態では、識別符号（ＣＡＬ）を、各アドレスの姿勢情報レジスタ値を２ビット右にシフトさせて１０進数に換算した値としている。具体的には、例えばアドレス番号１の場合には、姿勢情報レジスタ値を２ビット右にシフトさせると「０１０１０１」となり、この値を１０進数に換算した２１が識別符号（ＣＡＬ）となっている。この識別符号は、球体Ｓの表面に区分けされた５６の仮想領域に付された識別符号に対応するものであり、重力加速度方向の位置を示す。
【００１６】
図４の下段の各図中の番号が、この識別符号に相当する。図７は、図４に示した識別符号を立体的に表示した例を示している。
【００１７】
本実施の形態では、検索部１５は、第１乃至第３の判定部５乃至９が判定したデジタル値の判定結果ＸＳＵからＺＳＬの組合せを入力として、この判定結果の組合せが属するアドレス番号の識別符号（ＣＡＬ）を、加速度方向データ記憶部１３に記憶されたデータから検索する。そして検索部１５が、重力加速度方向を識別符号（１〜５６の番号）を用いて出力する。このようにすれば、姿勢特定装置を実装した機器の姿勢を５６の方向情報で示すことができる。このレベルの情報であれば、多くの携帯通信端末装置におけるＣＰＵの負担を殆ど増大させることはない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によれば、１つの判定部において２ビットのデジタル値で判定結果を出力する。そのため第１乃至第３の判定部からは、２ビット×３＝６ビットの情報が出力される。そして事前に、第１乃至第３の判定部から出力される判定結果の組合せと、支持体に作用する重力加速度方向との対応関係を示すデータを取得して、加速度方向データ記憶部に記憶しておく。そして検索部は、第１乃至第３の判定部が判定したデジタル値の判定結果の組合せを入力として、該判定結果の組合せに対応する支持体に作用する重力加速度方向を加速度方向データ記憶部に記憶されたデータから検索して出力する。このようにすれば、少ない情報量の入力（６ビット）と少ない記憶データとに基づいて、複雑な演算を必要とすることなく、三軸加速度センサが装着された装置の姿勢を特定することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１  三軸加速度センサ
３  支持体
５  第１の判定部
７  第２の判定部
９  第３の判定部
１１  姿勢特定部
１３  加速度方向データ記憶部
１５  検索部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
2012002494.tif 000006
【図６】
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【図４】
2012002494.tif 000008
【図７】
2012002494.tif 000009
【国際調査報告】
2012002494.tif 000010
2012002494.tif 000011